Hỗn hợp nhựa
Tái chế hoá học Tái chế cơ học Tái chế nhiệt
Chia cắt, phân loại và tách Nhà máy lọc dầu
hoặc luyện kim Gải phóng nhiệt
hoặc lị xi măng
Sản phẩm mới Nguyên liệu
mới (thô) Nhiên liệu khác
Tái chế hố học: q trình này sử dụng nhựa phế thải điện tử như một ngun liệu cho q trình Hố dầu hoặc được dùng như một chất khử trong nấu chảy kim loại.
Tái chế cơ học: phương pháp này sử dụng quá trình chia cắt và phân loại, tách để cuối cùng tạo ra các sản phẩm nhựa mới.
Tái chế bằng nhiệt: phương pháp này có sử dụng nhiệt và nhựa được dùng như một nhiên liệu tự nhiên.
1.2.2.1. Tái chế nhựa bằng phương pháp hố học
Tái chế hóa học là phân giải chất thải polyme thành những monome hoặc những chất hóa học hữu dụng bằng các phản ứng hóa học. Phương pháp tái chế hóa học bao gồm q trình nhiệt phân, khí hóa, đề polyme hóa bằng việc sử dụng dung dịch tuyệt đối, khử hidro.
Công ty Elldex, New Zealand đã sản xuất một loại bao bì tự huỷ từ phế thải Polyetylen. Bao bì phân dã sinh học qua hai quá trình căn bản nhờ vào một chất phụ gia là TDPA. Kết quả là các túi sản xuất ra có tuổi thọ từ 18 - 24 tháng và khi phân huỷ thì khơng gây độc hại cho mơi trường [3].
Hố chất tái chế: Phế thải chất dẻo cịn dùng ngun liệu hố dầu sau khi phân huỷ thành monome, hố lỏng hoặc hố khí chúng. Đối với PC và Polymetyl metacrylat (PMMA), người ta đã phân huỷ sản phẩm phụ được sinh ra trong quá trình sản xuất thành monome. Nhiều nghiên cứu đang được tiến hành để tái chế monome từ sản phẩm dệt, ví dụ như Polyeste và nylon, dầu đốt từ polyolefin [10].
Sử dụng nhựa PET phế thải để sản xuất vật liệu composite và bê tông polyme: nhựa PET phế thải được cắt nhỏ, làm sạch, sấy khơ, sau đó được phân
huỷ bằng phản ứng glycolysis với một Glycol tạo thành hỗn hợp các chất diacol có trọng lượng phân tử thấp. Hỗn hợp này được ngưng tụ với một diacid hữu cơ không no (UPE). Nhựa UPE được pha trong dung môi không no như Styren monome và được sử dụng làm chất kết dính cho vật liệu composit. Từ nhựa PET phế thải, người ta chế tạo được vật liệu compozit và bê tơng Polyme với giá thành hạ và có thể sử dụng rộng rãi [2].
1.2.2.2. Tái chế nhựa bằng phương pháp cơ học
So với số lượng hạn chế các kim loại khác nhau được sử dụng trong ngành điện tử, thì một lượng lớn các loại nhựa được sử dụng. Ngồi ra, các loại nhựa có thể được phủ, trộn với phụ gia, và làm tăng khả năng chống cháy. Việc này như một rào cản đối với nhựa tái chế. Như trường hợp trong các quá trình tái chế, những yếu tố quan trọng cho sự thành công là một nguồn cung cấp ổn định nguyên liệu chất lượng cao và sự tồn tại của một thị trường cho nhựa tái chế. Tái chế cần một nguồn cung cấp liên tục của cùng một loại nhựa, nhưng tình hình thực tế là rất khó khăn vì mỗi sản phẩm sử dụng các loại nhựa khác nhau. Ngay cả khi cùng một loại nhựa được sử dụng, có thể có màu sắc và chất phụ gia khác nhau. Ví dụ, cơng ty Hewlett Packard đã cố gắng sử dụng nhựa tái chế tại nhà máy in của mình, nhưng họ khơng thể tìm đủ ngun liệu và gặp phải vấn đề phù hợp với màu sắc của các loại nhựa tái chế và nhựa tinh khiết. Vì vậy, họ tập trung, và thay vào đó sử dụng nhựa tái chế với thành phần phù hợp và màu sắc không phải là vấn đề quan trọng (Toloken, 1998) [11].
Để tái chế nhựa tốt hơn, vấn đề cần thiết là các nhà sản xuất giảm số lượng các hạt nhựa được sử dụng trong ngành điện tử. Ví dụ, ngành cơng nghiệp ơ tơ đang giảm, lớp nhựa sử dụng từ 100 đến 7 hoặc 8 loại, 3 hoặc 4 trong số đó sẽ được sử dụng với khối lượng lớn hơn (Biddle, 1998). Tính chất vật lý và cơ học
cũng là một rào cản trong việc tái chế nhựa. Nhựa có đặc tính khác nhau tùy theo mục đích sử dụng trong các thiết bị điện tử. Ví dụ, nhựa được sử dụng trong hộ gia đình và ở trong các bản mạch in (PWBs) có đặc tính khác nhau. Để tái chế nhựa đạt hiệu quả hơn nữa, phân loại và các kỹ thuật tách là cần thiết [11].
Công ty MBA Polymers. Inc 14 đã phát triển hồn thiện quy trình cơ học tái chế nhựa phế thải. Công ty này đã sử dụng nguyên liệu từ nhiều nguồn khác nhau và tái chế những loại nhựa này thành nhựa kỹ thuật có giá trị cao để tái sử dụng trong các ứng dụng tương tự.
Các công nghệ để phân loại và xác định các loại nhựa: loại bỏ các lớp sơn và chất phủ, giảm kích thước, kỹ thuật tách các vật liệu khác, xác định và phân loại nhựa.
Dùng trong sản xuất nhựa mới: các vỏ nhựa ti vi và màn hình máy vi tinh sau khi được làm sạch, nghiền nhỏ đến cỡ hạt 1-3 mm thì được rửa tẩy các hợp chất bảo vệ và các chất bẩn khác, sấy và chuyển đến các cơ sở sản xuất nhựa chất lượng thấp [2].
Sử dụng xốp polystyren phế thải trong xây dựng: phế thải xốp PS ở dạng hạt được đưa vào hỗn hợp vữa xi măng và sẽ thu được một loại bê tông mới có khối lượng riêng nhỏ hơn so với bê tơng thơng thường và có nhiều đặc tính mới khác [2, 10].
Sản xuất thành công ván ép từ rác thải nilon: phế thải nilon, sau các bước sơ chế như phân loại, làm sạch, cắt nhỏ, sấy khô và pha trộn tỷ lệ thích hợp với các phụ gia bột đá và sơ dừa, sẽ được đưa vào máy ép để tạo thành tấm vật liệu. Loại cốp pha mới từ nilon có ưu điểm hơn hẳn các loại cốp pha truyền thống ở tính chịu ẩm, mặt nhẵn và sức bền. Tất cả các nguyên liệu sản xuất đều là các sản phẩm giá rẻ, rất sẵn có trong nước [2].
1.2.2.3. Tái chế nhựa bằng phương pháp nhiệt
Tái chế nhiệt có nghĩa là sử dụng nhựa làm nhiên liệu mục đích chính của tái chế nhiệt là phục hồi năng lượng. Nhựa có một giá trị nhiệt độ cao. Bới vì nhựa có nguồn gốc từ dầu, nhựa có giá trị năng lượng tương đương hoặc lớn hơn so với than. Vật liệu nhựa có thể được đốt và cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt. Ví dụ, 1 tấn nhựa có thể thay thế 1,3 tấn than trong lò nung xi măng (USGS, 2001) [11].
Phương pháp tái chế nhựa được xem xét bới APME là lựa môi trường cho quản lý nhựa từ thiết bị điện tử ở châu Âu. Trong năm 2002, Thụy Sĩ và Đan Mạch hồi phục khoảng 70% tổng số nhựa phế thải thông qua tái chế nhiệt (Hiệp hội Nhựa các nhà sản xuất ở Châu Âu, năm 2003). Trong năm 2003, khoảng 23% tổng khối lượng nhựa phế thải ở Tây Âu là tái chế nhiệt, chiếm phần lớn so với phương pháp tái chế khác (Hiệp Hội Nhựa Mỹ, năm 2003). Thí điểm quy mơ thành phố về chất thải rắn, các cơ sở đốt cháy được trang bị với hệ thống chà ẩm ướt phù hợp đã chứng minh rằng phục hồi năng lượng từ chất thải nhựa có chứa chất chống cháy brôm là kỹ thuật khả thi (Hiệp hội các nhà sản xuất nhựa ở Châu Âu, năm 2002).
Tái chế chất dẻo thu hồi nhiệt: tái chế để thu hồi nhiệt là sử dụng hơi nước sinh ra khi đốt chất thải để sưởi ấm hoặc chạy các máy phát điện. Những thành phố lớn có thể tự tạo ra điện như lị đốt chất dẻo kết hợp với các chất thải cháy được. Một trong các giải pháp đang được nghiên cứu ứng dụng là xây dung cơ sở chế biến trung gian để cung cấp nhiên liệu cho nhà máy điện. Nhờ chế biến trung gian, chất dẻo thải bỏ có thể trở thành nhiên liệu chuyển hoá hoặc dầu tái sinh. Loại nhiên liệu chuyển hố này (RDF) có thể sử dụng rộng rãi, khơng cần có hệ
thống thu gom phân loại phức tạp, vì giấy thải, chất thải sinh hoạt và chất thải khác khơng phải chất dẻo có thể trộn lẫn cùng RDF [2, 11].
Sản xuất sáp từ nhựa Polyetilen phế thải, quá trình phân huỷ nhựa phế thải thường được thực hiện bằng thiết bị phân huỷ nhiệt và gồm các bước sau: đưa chất thải Polyetilen vào máy ép, cho nóng chảy và đưa vào máy phân huỷ nhiệt, phân huỷ chất thải, làm nguội sản phẩm trong thiết bị trao đổi nhiệt, tách sản phẩm phụ dễ bay hơi ra, lọc và trộn đều sản phẩm đã nóng chảy rồi lấy ra để làm thành sáp. Thay đổi nhiệt độ theo các vùng của máy ép và tần số quay của guồng xoáy sẽ cho phép điều chỉnh được khối lượng phân tử của sản phẩm.
Chất dẻo tái sinh làm nguyên liệu phục vụ ngành khác: phương pháp này sử dụng chất thải dẻo làm nguyên liệu thay thế than trong lò luyện thép. Phương pháp này được áp dụng thành công ở Đức. Ở Nhật bản, một nhà máy sản xuất thép đã bắt đầu thử nghiệm phương pháp này.
Có khả năng phương pháp này khơng chỉ áp dụng cho chất thải dẻo công nghiệp mà cả chất thải rắn sinh hoạt. Các nghiên cứu hiện đang được tiến hành nhằm giảm thành phần Vinyl Clorua trong chất thải hoặc giảm lượng Clo sinh ra trong quá trình tái chế [2].
Nhiên liệu cho lị xi măng: chất thải dẻo và lốp xe bỏ đi được sử dụng làm nguồn nhiệt trong các lò xi măng thay thế than, giảm bớt sử dụng nguyên liệu thứ hai. Kỹ thuật này có thể sử dụng cả hỗn hợp chất dẻo. Đây là phương pháp tái chế hiệu quả, không cần phải cải tiến cơ sở cơng nghiệp sẵn có.
1.2.2.4. Biện pháp chơn lấp
Phương pháp này chi phí thấp và được áp dụng phổ biến ở các nước đang phát triển.
Nếu trước kia chôn lấp thường bằng các hố chơn lấp bình thường thì ngày nay những chất thải cơng nghiệp khơng tận dụng được thì phải chơn lấp ở những hố chơn lấp đặc biệt, theo thời gian tính tốn khơng dưới 25 năm. Do sự nguy hiểm của việc chôn lấp mà ở hàng loạt các nước phát triển đã cấm chôn lấp chất thải, trong đó bao gồm cả nhựa phế thải, ngay cả khi có thêm những chất đặc biệt vào chất thải chơn lấp để làm thống đất [11].
Phương pháp này có các ưu điểm như: cơng nghệ đơn giản; chi phí thấp, song nó cũng có một số nhược điểm như: chiếm diện tích đất tương đối lớn; việc tìm kiếm xây dựng bãi chơn lấp mới là khó khăn và có nguy cơ dẫn đến ơ nhiễm mơi trường nước, khơng khí, gây cháy nổ.
Trên đây là một số phương pháp tái chế nhựa nói chung. Tuy nhiên, chúng ta hồn tồn có thể dựa vào các phương pháp này để tìm ra phương pháp xử lý, tái chế nhựa phế thải điện tử ở Việt Nam trong tương lai.
PHẦN II: THỰC NGHIỆM
2.1. Hoá chất, dụng cụ, thiết bị
2.1.1. Hoá chất và nguyên liệu
- Dung dịch NaCl 10%: được pha từ muối tinh thể NaCl tinh khiết. - Axit steatic
- Nhựa ABS tinh khiết, tái chế. - Nhựa bản mạch
2.1.2. Dụng cụ và máy móc
- Máy khuấy, tủ sấy, cân phân tích, cấn kỹ thuật, sàng lọc.
- Máy xác định tính chất cơ lý Tinius Olsen H100KU - Mỹ, máy đo độ bền va đập Radmana ITR 2000 – Australia, máy phân tích nhiệt Labsys - Setaram – Pháp tại phịng thí nghiệm vật liệu chun dụng – Viện H57 – BCA
- Máy hồng ngoại biến đổi Fourier NEXUS 670 (Mỹ) tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới.
- Máy hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM) S-4800 tại phịng thí nghiệm trọng điểm, Viện Vệ sinh Dịch tễ.
2.2. Xử lý nhựa ABS tái chế và nhựa bản mạch
2.2.1. Xử lý nhựa ABS tái chế
Sau khi nhựa được nghiền nhỏ cân 150 gam nhựa máy vi tính chưa qua xử lý cho vào bình nhựa dung tích 2 lít. Tiếp theo cho 300 ml dung dịch NaCl 10% vào bình. Sau đó tiến hành khuấy trong 6 giờ. Sau quá trình rửa, hạt nhựa được lấy ra và phơi khô.
2.2.2. Xử lý nhựa bản mạch
Bản mạch sau khi được tách hết kim loại bằng phương pháp hóa học, được nghiền nhỏ trong máy ép 2 trục lăn, rồi nghiền tinh bằng máy nghiền siêu mịn. Sau đó dùng sàng lọc với các kích thước hạt khác nhau. Bột nhựa bản mạch sau khi nghiền có thể trộn trực tiếp vào tổ hợp nhựa hay biến tính bề mặt nhựa bản mạch trước với axit stearic rồi trộn vào tổ hợp nhựa để chúng tương hợp tốt hơn.
2.3. Chế tạo vật liệu composit
Vật liệu compozit ABS tổ hợp, ABS/NBM, ABS/NBM/axit stearic được chế tạo theo phương pháp trộn nóng chảy trên thiết bị trộn kín. Q trình phối trộn được thực hiện trong thời gian là 6 phút, nhiệt độ trung bình là 1900C với tốc độ quay của trục vít là 60 vịng/phút cho tất cả các mẫu. Tiếp theo, hỗn hợp nóng chảy được nhanh chóng chuyển sang máy ép định hình tấm phẳng trên thiết bị ép nhiệt Toyoseky (Nhật Bản) ở nhiệt độ 190oC trong 2 phút, áp suất ép 5 MPa, sau đó mẫu được làm nguội xuống nhiệt độ phịng trong khơng khí. Mẫu sau khi chế tạo được bảo quản ở điều kiện nhiệt độ phịng ít nhất 24 giờ trước khi xác định các tính chất.
2.4. Các phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy
Thí nghiệm được tiến hành trên máy đo lưu biến trạng thái nóng chảy Rheomix 610 của hãng Haake (CHLB Đức), buồng trộn kín, sử dụng 2 trục cánh trộn loại Roller theo tiêu chuẩn ASTM D 2538.
Hình 2.1. Máy trộn kín hai trục và hệ thống đo lưu biến trạng thái nóng chảy Rheomix 610
2.4.2. Phương pháp xác định tính chất cơ học
Các tính chất cơ học: độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt, modul đàn hồi được đo trên máy Zwick Z2.5 (Đức) theo tiêu chuẩn DIN 53503, tốc độ kéo 50 mm/phút ở nhiệt độ phòng. Mỗi loại mẫu được đo ba lần để lấy giá trị trung bình.